为什么氩气循环和净化

氩气循环与净化系统通常是贯穿于整个单晶硅生产过程的。在单晶硅的直拉法生长过程中，炉内需要持续维持高纯度的惰性气体气氛（通常是氩气），以保护硅熔体和生长中的晶体不被氧化或污染。随着晶体生长，炉内的气体可能会受到微量杂质（如硅的挥发物、石墨热场产生的少量碳氧化物等）的污染。

因此，氩气循环和净化是为了：

• 维持炉内气氛纯度：持续去除杂质，确保晶体质量。
• 降低生产成本：氩气是一种相对昂贵的气体，循环利用可以显著减少其消耗。
• 环保：减少气体排放。

氩气循环与净化系统会不断地从炉内抽取使用过的惰性气体，经过冷却、除尘、净化（去除氧气、水蒸气、碳氢化合物等杂质）后再重新送回炉内循环使用。这是一个持续进行的过程，以确保单晶硅生长环境的稳定性和纯净度。

氩气循环和净化过程

在这种配置下，氩气循环和净化系统旨在回收和再利用含有微量粉尘和气态杂质的氩气，并确保其达到单晶硅炉的超高纯度要求。以下是气体循环过程及其中除尘器的作用：

1. 废气排出与初步冷却 (从单晶炉)
   • 过程： 在单晶硅拉晶过程中，炉内的氩气会持续被真空泵抽离。这些被抽走的氩气，除了微量的硅挥发物或石墨热场产生的碳化物，还可能包含极少量的活性气体（如氧气、水蒸气，尽管已尽力控制）。
   • 温度： 炉内排出时温度较高，但通过管道传输和初步冷却装置，温度会显著下降，变得适合后续设备处理。
2. 真空泵处理与前置过滤
   • 过程： 气体进入真空泵，被压缩并排出。在真空泵之前，通常会有一个或多个前置过滤器/冷阱。
   • 除尘作用（非布袋）： 这些前置过滤器主要用于捕集可能损坏真空泵的较大颗粒和大部分可凝结的蒸汽，保护真空泵。它们通常是油雾过滤器、颗粒过滤器或通过降温使杂质冷凝的冷阱。
3. 末端除尘（振打式除尘器在此环节）
   • 过程： 经过真空泵处理后，仍然有极少量未能被前置过滤器完全捕集到的、极其微细的固体颗粒（烟尘）会随氩气排出。这些气体直接进入振打式除尘器。不使用更高效的脉冲除尘器是为了保证氩气的纯净。
   • 除尘器的作用： 振打式除尘器在此处作为最终的颗粒物去除屏障。其滤袋（可能是覆膜滤料或高精度滤料）能够高效捕集这些亚微米级的微细颗粒，确保排出到大气的氩气达到环保标准，并且避免粉尘扩散。通过周期性振打清灰，滤袋上的粉尘得以清除。
   • 气体状态： 此时进入除尘器的氩气温度已冷却，压力接近大气压。
4. 气体回收与初步增压：经过除尘器处理后的氩气，虽然去除了固体颗粒，但仍含有气态杂质（如微量O2, H2O, CO等）。这些气体会被收集起来，并通过回收压缩机进行初步增压，以便后续进入高压净化系统。
5. 深度净化系统
   • 过程： 这是氩气回收再利用的核心环节。增压后的氩气被导入一个或多个串联的气体净化单元，这些单元针对不同的气态杂质进行去除：
     • 吸附单元： 含有分子筛、活性炭等吸附剂，用于去除水蒸气、二氧化碳等极性分子和部分有机物。
     • 催化还原单元： 含有催化剂（如钯催化剂），在加热条件下将微量氧气和氢气反应生成水，或将一氧化碳转化为二氧化碳。
     • 深冷分离单元（可选）： 对于要求极高纯度或含有复杂气态杂质的情况，可能还会使用深冷技术，通过极低温将不同的气体组分分离开来。
   • 纯度： 经过深度净化后，氩气的纯度可恢复到99.999%甚至更高，达到甚至超过新鲜氩气的纯度。
6. 储存与回输
   • 过程： 净化后的高纯氩气会被送入储气罐或高压气瓶中储存。
   • 回输： 需要时，高纯氩气通过压力控制和流量计，重新被注入到单晶硅炉中，完成一个循环。

在这个流程中，振打式除尘器扮演的角色是“二次微粒捕集者”或“安全排放保障者”，而不是主要的净化气体杂质的设备。 它确保了从炉内排出并经过真空泵的氩气，在重新进入循环系统或最终排放到大气之前，其固体颗粒物含量符合环保要求，并避免对后续高精度净化设备造成污染。